CN101796412A - 用于分析流体的芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分析流体芯片，包括形成在芯片内的微通道。该芯片包括与芯片外部连通的样品入口和样品出口，并且具有如下结构：样品入口和样品出口通过闭合通道彼此连通。形成扩展部分，该扩展部分沿着通道的纵向方向形成，使得彼此对应的一对内壁，其部分或全部具有较大的截面积。因此，通过与所述扩展部分相邻的所述通道的流体，在移动时只接触彼此对应的所述通道的另一对内壁。

Description

用于分析流体的芯片
技术领域
本发明涉及一种具有供流体穿过的微通道的芯片，尤其涉及一种用于分析样品流体的芯片，该芯片包括样品入口和样品出口，并且具有如下结构：样品入口和样品出口通过管状的闭合通道彼此连通。
背景技术
通常，对样品流体的生物、化学和/或光学分析用于分析从患者临床收集到的血液并且诊断疾病，并且用于化学领域和生物技术领域。已经开发并使用了各种芯片结构，用于提供更小尺寸的、采用更有效方式对样品流体进行分析的分析和/或诊断装置。由此，开发芯片实验室(lab-on-a-chip)的目的在于，可以在一个芯片中执行各种功能，以提高分析和/或诊断疾病的有效性，并且可以制造快速试剂盒。
芯片实验室表示在小尺寸芯片上执行本来需要在实验室中进行的各种测试工艺，例如对样品的分离、提炼、混合、标记、分析和清洗等。在设计芯片实验室的过程中，通常使用与微流控和微LHS相关的技术。另外，在制造实现微流控和微LHS的芯片结构方面，通过使用半导体电路设计技术在芯片内部形成微通道的芯片已经投入市场。
通常，检测和分析包含在样品流体(例如，血液、体液、尿液等)中的极少量分析物的步骤包括：通过荧光材料等的检测，分析样品流体在穿过芯片内部形成的具有管状结构的通道时，是否与之前已经固定到芯片上的蛋白质(例如，抗原、抗体等)或其它材料发生反应。因此，对于制造用于执行流体分析的小尺寸芯片并且使用这种芯片得到精确分析结果而言，用于观察在具有通道的芯片中穿过通道的流体运动的技术以及用于制造通道结构的技术是最重要的核心技术。
在具有实现微流控的微通道的芯片(或结构)中，为了使得流体能够流过微通道形成的内部空间，使用小尺寸的电动机，或者使用限制通道的宽度和高度以使得流体由于毛细现象而穿过微通道的方法。当前，在造成流体移动的主驱动力是毛细力的芯片中，调查结果表现出的事实是：流入由通道所形成空间的流体具有不规则且非均匀的移动图案。可以理解，出现这种现象的原因在于，由通道的上、下内壁和流体之间的相对作用导致的作用力不同于由通道左、下内壁和流体之间的相对作用导致的作用力。结果，流体的这种非均匀移动图案对于检测和分析流体中极少量的分析物而言存在大的阻碍。
同时，采用制造上、下基底并且将它们彼此组装在一起的方式来制造芯片，该芯片具有包括在其两端的样品入口和样品出口，并且具有如下结构：通过类似管状的闭合通道，注入到样品入口的流体通过样品出口流出。然而，为了制造出尺寸小于数十微米的微通道结构，难以在不损失通道其它部分的情况下处理通道的边缘部分，并且也难以在批量生产过程中控制产品的标准和质量。另外，这种通道结构的细小差别阻碍了流体的均匀流量，导致在检测少量样品中的极少量分析物的过程中使用的芯片中，样品分析结果缺乏一致性。
例如，图1和图2所示的芯片是传统芯片的一个实例。芯片包括主体10，主体10的形成方式为：第一基底11和第二基底12彼此组装在一起。在第一基底11中形成具有预定宽度和深度的通道凹陷13b。为了形成将被样品填充的空间，在第一基底11中形成通道凹陷13b，使得通道凹陷13b沿着基底的纵向方向延伸同时具有预定宽度和预定深度。因此，当第一基底11和第二基底12彼此组装在一起时，通道13具有密封空间。另外，在通道13的一端形成样品入口14，样品入口14延伸到通道外部以使得样品能够注入到通道13中，在通道的另一端形成样品出口15，样品出口15延伸到通道外部以使得样品能够被流出。当待分析的样品流体注入到通道13时，注入的样品流体沿着通道13向着样品出口15移动。如图3所示，当样品流体在移动时形成图案时，通过通道的流体与通道的上、下、左和右内壁13a之间的相对作用的差别会导致毛细力的差别，该毛细力是使微通道中的流体移动的主驱动力。结果，产生不规则图案，在此不规则图案中，图案首先沿着左和右壁13a形成。因此，在流体中产生许多气泡，由此导致在分析样品流体的过程中出现许多问题。
在具有通道(具有使得流体能够流过的空间，还在通道一侧形成有样品入口并且在通道另一侧形成有样品出口)的芯片中，发明人制造出在每个左、右内壁中的全部或部分形成有扩展部分的芯片，该扩展部分的截面积大于通道的左、右内壁的截面积，并且发明人分析流体移动的图案。结果，发明人确认，在根据本发明的芯片中，经过通道的流体的移动形状具有非常规则均匀的图案，使得本发明得以完成。
发明内容
技术问题
因此，本发明是根据上述问题来完成的，本发明的目的在于提供一种流体分析芯片，该流体分析芯片包括延伸到芯片外部的样品入口和样品出口，并且具有的结构为：样品入口和样品出口通过类管状的闭合通道彼此连通，其中，流过通道的流体在移动时具有规则且均匀的图案。
另外，本发明提供了一种用于制造液体分析芯片的方法。
另外，本发明提供了一种使用流体分析芯片的样品流体分析方法。技术解决方案
根据本发明的一个方面，提供了一种芯片，该芯片包括与芯片外部连通的样品入口和样品出口，该芯片的结构为：样品入口和样品出口通过闭合通道彼此连通，其中，沿着通道的纵向方向形成扩展部分，使得彼此对应的一对内壁中的部分或全部具有较大的截面积，从而通过与扩展部分相邻的通道的流体在移动时只接触彼此对应的通道的另一对内壁。由此，在根据本发明的流体分析芯片中，闭合通道的左右内壁基本上被扩展，使得通过通道的流体可以在移动时只与通道的上、下内壁接触。结果，关于流体移动的相对作用取决于通道的上、下内壁，使得可以得到均匀的流体移动图案。
另外，在根据本发明制造流体分析芯片的过程中，扩展凹陷分别形成于每个左、右内壁中的全部或部分，使得它们的截面积大于通道的每个侧内壁的截面积。由于不需要精确形成通道边缘的工艺，因此流体分析芯片是适于批量生产的。
有益效果
如上所述，根据本发明的流体分析芯片包括具有内部空间的扩展凹陷，该扩展凹陷具有扩展的形状并且与通道连通。因此，通过通道的流体形成规则移动的图案，使得产生的气泡减少，确保了可重复性，并且检测来自流体中分析物的信号容易执行。另外，在基底中实现微通道的过程中，可以制造通道，而不用顾及通道的每个边缘的损失或其变形。因此，容易实现批量生产和质量控制。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，本发明的以上和其它目的、特征和优点将变得更清楚，其中：
图1是传统芯片结构的透视图；
图2是图1所示的芯片的剖视图；
图3是图1所示的芯片的平面图；
图4是根据本发明的第一实施例的流体分析芯片的剖视图；
图5是根据本发明的图4所示的流体分析芯片的平面图，在该图中示出了芯片中流动的流体的移动图案；
图6是根据本发明的第二实施例的流体分析芯片的剖视图；
图7是根据本发明的第三实施例的流体分析芯片的剖视图；以及
图8是根据本发明的第四实施例的流体分析芯片的剖视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述根据本发明实施例的流体分析芯片。在根据本发明的流体分析芯片的说明中，与传统芯片的结构和部件一样的结构和部件用相同参考标号表示，并且参照图1进行详细描述。
如本发明所使用的术语，“闭合通道”表示通道形成在芯片的内部，使得流体可以流过通道而不暴露于芯片的外部，并且具有类似管状的形状。
如本发明所使用的术语，“通道内壁”表示限制空间使得流体能够流入的通道的每个表面。
图4是根据本发明的第一实施例的流体分析芯片的剖视图，图5是流体分析芯片的平面图。
如图所示，根据本发明的第一实施例的流体分析芯片具有主体10，主体10的形成方式为：第一基底11和第二基底12彼此组装在一起。通道凹陷13b以预定深度和预定长度形成在第一基底11中，并且沿着第一基底的纵向方向延伸，从而形成被样品流体填充的空间。因此，当第一基底11和第二基底12彼此组装在一起时，通道13具有密闭空间，并且分别在通道13的两端形成样品入口14和样品出口15。
另外，扩展凹陷20分别沿着通道13的左、右内壁形成在第一基底上，同时均具有比通道13的深度更深的深度，并且在通道的纵向方向上沿着通道13的左、右内壁延伸。当第一基底与第二基底12组装在一起时，形成扩展部分以作为与通道13形成的空间两侧连通的扩展空间。
在根据本发明的第一实施例的流体分析芯片中，如图5所示，当将包含分析物的样品流体注入到通道13中时，注入的样品流体沿着通道13和扩展凹陷20向着出口150移动，同时与通道的上下内壁接触，从而形成图案。此时，样品流体和通道13的两个侧壁之间的相对作用由于扩展凹陷20而减小，从而形成样品均匀的流体移动图案。因此，产生的气泡减少，确保了可重复性，并且检测来自分析物的信号容易执行。
在图6中示出本发明的第二实施例。根据第二实施例的流体分析芯片包括主体10，主体10的形成方式为：第一基底11和第二基底12彼此组装在一起。通道凹陷13b以预定深度和预定长度形成在第一基底11中，并且沿着第一基底的纵向方向延伸，从而形成被样品流体填充的空间。当第一基底11和第二基底12彼此组装在一起时，通道13具有密闭空间，并且分别在通道13的两端分别形成样品入口14和样品出口15。另外，如图6所示，在每个扩展凹陷的两个内表面之中，向着通道13弯曲的内表面是倾斜表面21，其深度向着通道13变得越来越窄。剩余结构和所形成的样品图案与本发明的第一实施例相同。
图7示出本发明的第三实施例。根据本发明的第三实施例的流体分析芯片包括主体10，主体10的形成方式为：第一基底11和第二基底12彼此组装在一起。通道凹陷13b以预定深度和预定长度形成在第一基底11中，并且沿着第一基底的纵向方向延伸，从而形成被样品流体填充的空间。当第一基底11和第二基底12彼此组装在一起时，通道13具有密闭空间，并且在通道13的两端分别形成样品入口14和样品出口15。如图7所示，在第一基底1中形成扩展孔30从而形成扩展部分，扩展孔30分别沿着通道13的两个边界表面延伸通过第一基底1。每个扩展孔30沿着通道13的两个内表面延伸，并且优选地以一定间隔形成连接部分31，从而防止产品破裂。剩余结构和所形成的样品图案与第一实施例相同。
图8示出本发明的第四实施例。根据本发明的第四实施例的流体分析芯片包括主体10，主体10的形成方式为：第一基底11和第二基底12彼此组装在一起。通道凹陷13b以预定深度和预定长度形成在第一基底11中，并且沿着第一基底的纵向方向延伸，从而形成被样品流体填充的空间。当第一基底11和第二基底12彼此组装在一起时，通道13具有密闭空间，并且分别在通道13的两端分别形成样品入口14和样品出口15。另外，如图8所示，在每个扩展凹陷40的两个内表面之中，向着通道43弯曲的内表面是倾斜表面41，其深度向着通道43越来越窄。
由此，根据本发明的流体分析芯片包括扩展凹陷20和40和扩展孔30，扩展凹陷20和40是沿着左、右内表面扩展的空间。因此，当样品流体注入到通道内并且在扩展凹陷20和40以及扩展孔30的作用下移动时，通道13和43的左、右内壁与样品流体之间的相对作用消失或减小，使得样品流体的移动图案沿着通道13和43的表面均匀形成。因此，流体中产生的气泡减少，确保了可重复性，并且可以容易地检测来自流体中分析物的信号。
扩展凹陷20和40以及扩展孔30的每个结构的特征，使得可以防止通道13和43的平坦性降低。这种平坦性降低是由于注入形成根据本发明的流体分析芯片时的收缩而造成的。
此外，本发明的任何实施例均可以如下的方式制造：在一个芯片中包括至少两个通道，这至少两个通道的样品入口彼此不同并且样品出口彼此不同。另外，可以制造出一种流体分析芯片，该流体分析芯片的结构为：一个样品入口和一个样品出口通过至少两个通道彼此连通。
本发明不限于上述的实施例。本领域的技术人员应该理解，在不脱离如所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种更改、添加和替代是可行的。

Claims (7)

1.一种流体分析芯片，包括：
样品入口和样品出口，与所述芯片的外部连通；以及
扩展部分，沿着通道的纵向方向形成，使得彼此对应的一对内壁，每个壁中的部分或全部具有较大的截面积，
其中，所述样品入口和所述样品出口通过闭合通道彼此连通，通过与所述扩展部分相邻的所述通道的流体，在移动时只接触彼此对应的所述通道的另一对内壁。
2.根据权利要求1所述的流体分析芯片，其中，所述通道的形成方式为：第一基底和第二基底彼此组装在一起，所述第一基底具有通道凹陷，所述通道凹陷沿着所述通道的纵向方向延伸同时具有预定深度和预定长度，与所述通道凹陷连通的所述样品入口形成在所述第一基底中，并且所述扩展部分包括扩展凹陷，其深度比所述第一基底的所述通道凹陷的深度深。
3.根据权利要求1所述的流体分析芯片，其中，所述通道的形成方式为：第一基底和第二基底彼此组装在一起，所述第二基底具有通道凹陷，所述通道凹陷沿着所述通道的纵向方向延伸同时具有预定宽度和预定深度，与所述通道凹陷连通的所述样品入口形成在所述第一基底中，并且所述扩展部分包括扩展凹陷，其深度比所述第二基底的所述通道凹陷的深度深。
4.根据权利要求1所述的流体分析芯片，其中，所述通道的形成方式为：第一基底和第二基底彼此组装在一起，所述第一基底具有通道凹陷，所述通道凹陷沿着所述通道的纵向方向延伸同时具有预定深度和预定长度，与所述通道凹陷连通的所述样品入口形成在所述第一基底中，并且所述扩展部分包括在所述第一基底上以一定间隔沿着所述通道凹陷形成的扩展孔。
5.根据权利要求1至4中任一所述的流体分析芯片，其中，所述扩展部分具有与所述通道接触的内表面，所述内表面倾斜使得所述扩展部分的深度向着所述通道变得越来越窄。
6.根据权利要求1至4中任一所述的流体分析芯片，其中，包括至少两个分别于不同样品入口和不同样品出口连通的通道。
7.根据权利要求1至4中任一所述的流体分析芯片，其中，一个样品入口和一个样品出口通过至少两个通道彼此连通。
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